뇌 닮은 반도체 '마지막 퍼즐' 맞췄다…삼성, 세계 최초 구현

뉴로모픽 반도체 그래픽 이미지.

삼성전자가 사람의 ‘뇌’를 닮은 차세대 반도체 기술 구현을 위한 마지막 퍼즐을 맞추는 데 성공했다.

삼성전자는 자기저항 메모리(MRAM) 기반의 ‘인-메모리((In-Memory) 컴퓨팅’을 세계 최초로 구현하고, 연구 결과를 학술지 네이처에 게재했다고 13일 밝혔다. 인-메모리 컴퓨팅은 메모리 내에서 데이터의 저장뿐 아니라 연산까지 수행하는 최첨단 칩 기술이다. 기존 기술보다 전력 소모가 현저히 낮아 차세대 저전력 인공지능(AI) 칩을 만드는 기술로 주목받고 있다.

삼성전자 관계자는 “이번 연구는 시스템 반도체 공정과 접목해 대량 생산이 가능한 비휘발성 메모리인 MRAM을 세계 최초로 인-메모리 컴퓨팅으로 구현하고, 차세대 저전력 AI 칩 기술의 지평을 확장했다는데 큰 의미가 있다”고 밝혔다.

그동안 저항 메모리(RRAM), 상변화 메모리(PRAM) 소자를 활용한 인-메모리 컴퓨팅 기술은 구현된 적이 있지만, MRAM을 기반으로 한 것은 삼성전자가 처음이다.

업계 관계자는 “삼성이 세계 최초로 MRAM 기반 인-메모리 컴퓨팅을 구현함으로써 인-메모리 소자 후보군의 마지막 퍼즐을 맞추는 동시에 소자 영역을 확대한 것”이고 말했다. 관련 업계에선 현재 개발 중인 여러 차세대 메모리 소자 중에서 MRAM이 중‧장기적으로 D램을 대체하는 유력한 기술이 될 것으로 본다.

왼쪽부터 정승철 삼성전자 종합기술원 전문연구원, 함돈희 종합기술원 펠로우(하버드대 교수), 김상준 종합기술원 마스터. [사진 삼성전자]

이번 연구는 정승철 삼성전자 종합기술원 전문연구원이 제1저자로, 함돈희 종합기술원 펠로우(하버드대 교수)와 김상준 종합기술원 마스터가 공동 교신저자로 참여했다. 삼성전자 종합기술원, 반도체연구소, 파운드리사업부 연구원들도 공동으로 연구에 참여했다.

연구진은 MRAM 기반 인-메모리 컴퓨팅 칩의 성능을 AI 계산에 응용해 숫자 분류에서는 최대 98%, 얼굴 검출에서는 93%의 정확도로 동작하는 것을 검증했다. 또한 새로운 구조의 MRAM 칩을 인-메모리 컴퓨팅으로 활용할 뿐 아니라, 생물학적 신경망을 다운로드하는 뉴로모픽 플랫폼으로 활용할 수 있는 가능성도 함께 제안했다. 뉴로모픽은 인간의 뇌 신경과 유하게 만든 칩으로 차세대 AI 반도체를 말한다.

정승철 전문연구원은 “인-메모리 컴퓨팅은 메모리와 연산이 접목된 기술로, 기억과 계산이 혼재돼 있는 사람의 뇌와 유사하다”며 “이번 연구가 향후 실제 뇌를 모방하는 ‘뉴로모픽 기술’의 연구와 개발에 도움이 될 수 있을 것”이라고 기대했다.

김태윤 기자 pin21@joongang.co.kr